서강대 박준우 교수팀, 분자 멤리스터를 활용한 초저전력 인공시냅스 소자 개발

서강대학교는 화학과 박준우 교수 연구팀이 양자 산란 효과를 통한 분자 멤리스터(전류가 지나간 이력을 기억해 저항 상태를 유지할 수 있는 차세대 메모리 소자) 특성을 확인하고 이를 활용해 인공시냅스 소자를 구현했다고 15일 밝혔다. 이번 연구는 중국 칭화대 화학과 유안 리(Yuan Li) 교수팀과 공동으로 진행했다.

인공지능(AI), 5세대 이동통신(5G), 자율주행 등 새로운 기술의 도입과정에서 컴퓨터의 연산량이 폭발적으로 증가하는 상황이지만, 현재 컴퓨팅 시스템은 연산속도와 에너지 소모 관점에서 한계가 있다. 국제에너지기구의 보고에 따르면 내년 미국 내 데이터센터의 전력 소모가 미국 내 1년 총 전력 소비의 6%쯤에 이를 정도로 막대한 에너지가 사용될 것으로 예측된다. 저전력 컴퓨팅 시스템 구현은 그만큼 중요한 사안이다.

박 교수 연구팀은 분자 내 전하 이동 시 발생하는 전하-오비탈 간 양자 산란으로 인해 분자의 구조가 변할 수 있음을 처음으로 보였고, 이 현상을 이용해 차세대 저전력 컴퓨팅 소자를 구현하고자 뉴로모픽(신경형) 컴퓨팅용 분자 인공시냅스 소자를 구현하는 데 성공했다.

이 분자 박막은 2나노미터(㎚)쯤의 두께로, 실제 생체 시냅스 간극보다도 10배쯤 작은 크기다. 분자의 전도도를 뉴럴 네트워크의 가중치로 정의했고, 손 글씨 패턴을 읽는 정확도를 90% 이상 구현하는 데 성공했다. 연구진이 사용한 분자는 구조 변화에 극히 낮은 에너지(약 20 kJ/㏖)가 필요하기 때문에 차세대 저전력 컴퓨팅 소자의 새로운 가능성을 제시했다는 평가다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 저명한 국제 학술지 '첨단 과학(Advanced Science)'에 실렸다. 서강대 임찬진 석사과정생과 김태길 석박사통합과정생이 공동 제 1저자로 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구와 G-램프 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.